国际和区域卫星通信系统的发展近况

—9—国际/区域卫星通信系统的发展近况摘要在光纤通信、全光网和地面峰窝移动通信迅猛发展的新世纪里，人们正关心着卫星通信的现状和发展。本文将对国际上二个最大的通信系统INTELSAT与INMARSAT新的发展情况和亚太地区二个先进的区域卫星ACES与THURAYA系统的技术特点作比较详细的介绍。对低轨卫星LEO/小卫星的应用和宽带卫星系统的发展作重点描述，然后对卫星通信发展的技术热点和新业务开发的趋向，作一些讨论与预测。关键词卫星通信通信卫星低轨卫星宽带多媒体VSAT1.国际卫星系统1.1INTELSAT的新一代卫星系统1.1.1系统的新部署国际通信卫星（INTELSAT）系统已经发展到第Ⅷ代卫星，目前正开发Ⅸ代卫星和Ⅹ代卫星。按2000年10月统计，在轨卫星共19颗，其中，大西洋区（AOR）10颗，印度洋区（IOR）4颗，太平洋区（POR）3颗和亚太地区（APR）2颗。到2003年将增加4个轨道位置，计划在全球配置24颗卫星。到2003年，Ⅸ代卫星将替代Ⅵ代星，Ⅹ代星将替代Ⅶ代星。在此期间，INTETSAT将发射9颗新的卫星，其中7颗Ⅸ代星布置在AOR与IOR洋区，2颗Ⅹ代星布置在AOR洋区，卫星的部署作了较大的变动。卫星系统部署的主要内容有：（1）开发新一代卫星新一代卫星的下行e、i、r、p和上行G/T值均比上一代有很大的提高和改善，业务种类增多，通信容量也增大。在INTELSAT的卫星系列中，Ⅸ代星是通信容量最大功能最全的卫星。·Ⅸ代星工作于C及Ku频段，C频段有48个转发器，最多可同时开通44个。Ku频段有16个转发器，可同时开通12个，通过7次频率复用，工作有效可用带宽达3456MHz（C频段为2736MHz，Ku频段为720MHz）能同时传输3200条（在使用DCME数字线路倍增器后达160000条）话路及3路广播电视。·Ⅸ代卫星的功率增大。C频段的E、I、R、P比Ⅵ代星高出4.5—7.9dBw，Ku频段高出2.3—3.2dBw，减轻了地面的负担，可用小天线开通业务，传输质量可与光纤信道媲美。·增加区域波束，调整了复盖区。将Ⅵ代星四个区域波束中的东南波束分离成二个，成为五个区域波束的配置。扩大了东中区域波束及西半球波束的复盖面积共有全球波束1个、半球波束2个，区域波束5个。（2）增添新的轨道位置INTELSAT组织近年来，逐步实现2°间隔的轨道位置，注册新添的轨道位置有5个，其中64°E已有卫星在用，还有4个位置（340°E°、33°E、157°E、178°E）将部署卫星，运行业务。（3）开发Ka频段的卫星系统INTELSAT在2000年申请注册了8个轨道位置，运行Ka频段的卫星业务，现正研究星体—10—结构及网络组成，拟在2004年后，部署Ka频段卫星提供业务。1.1.2卫星业务的新发展（1）发展宽带高速业务中速数据IDR业务是INTELSAT传输公用交换网业务的主要方式，它一直采用的是QPSK/FDMA制式，传输速率为64kbps—44.736Mbps。近年来，INTELSAT组织开发了高效的8PSKTCM格状编码MODEM，来提高频带利用率，8PSK2/3TCMMODEM，加上RS纠误外码后，用于IDR业务的传输时，比特误码率BER大大优于10-10，不但质量比过去好，并且等约了20%的频带资源。目前已有50多家用户采用这种TCM/IDR技术。INTELSAT计划在10年内推广应用，TCM/IDR技术，来逐步替代QPSK/IDR技术。并将进一步开发16QAM、64QAM的MODEM用于更高速率的数据业务。（2）电视业务数字化及卫星新闻采集业务（SNG）INTELSAT卫星组织于1994年8月批准了IESS-503“数字电视传输工作特性”标准，它规定了数字电视（DTV）载波的工作性能要求。DTV编译码器的速率从64kb/s可视电话开始到140Mb/s的高清晰度电视（HDTV），规定采用H.261和MPEG等压缩传输标准。对DTV进行业务分类将演播室直接到户（DTH）、卫星新闻采集业务（SNG）和HDTV业务的速率进行分级。INTELSAT卫星组织已公布，到2003年1月偶用电视业务将完全实现数字化传输。数字卫星新闻采集业务（DSNG）将利用Ⅸ代卫星功率大，组网灵活的优异性能，大力推行DSNG业务，预计到2001年底，将有120多国家和地区约500个地球站投入运行。（3）宽带VSAT（BVSAT）业务[1]INTELSAT卫星组织订出了IESS-313标准，计划在2000年到2001年开展BVSAT新业务。在AOR328.5°E(IS-801)、APR110.5°E(APR-2)、IOR64°E(IS-804)、IOR62°E（IS-901）和IOR60°E（IS-902）卫星上建立五条BVSAT网络。IS-801和IS-804卫星的BVSAT已经于2000年7月和12月相继开通。效果很好。BVSAT业务是一个先进的带宽按需分配（BOD）系统，能为各国的用户很快地调配网络和ISP的连接，支持用户宽带应用的急需，其中包括Intranet/Internet、VPN、WAN/LAN的互连、视频会议、IP电话、FR电话远程教学和远程医疗。它的设计是基于面向分组交换的平台，支持地面IP、FR、以太网、ISDN和ATM协议，支持非对称连接、组播（Multicasting）和广播，支持多转发器运行和适时多重连接。线路速率从64kb/s到4Mb/s。1.2INMARSAT的新业务和新标准INMARSAT系统已经从第一代INMARSAT-1发展到第三代INMARSAT-3。相继推出了A、B/M、C、Mini-M、D及AERO等适合各种用户终端的标准。现在运行的是INMARSAT-3第三代卫星，它在大西洋配置2颗、太平洋1颗，印度洋1颗，卫星工作频段，固定岸站用C频段（6/4GHz）全球波束覆盖，移动站用L频段，全球波束和5个点波束覆盖，通过卫星转发器将L转为C，C转为L完成岸站与移动站之间的通信。另外，还有C转C，L转L的专用链路。INMARSAT能提供全球陆、海、空移动用户的电话、传真和数据业务。在A标准用的是FM模拟电话，但在B标准、M标准、Mini-M标准，话音都已经数字化，传输速率从16kb/s、6.4kb/s降到4.8kb/s。终端尺寸逐步缩小，数据业务迅速发展，通信效率不断提高。近年来，INMARSAT在Mini-M的基础上，提出M4新业务，制定了新的F站标准。并且正开展第四—11—代宽带卫星系统INMARSATI-4，实现新型宽带全球区域网（B-GAN）。1.2.1M4业务及F标准站INMARSAT第三代卫星L频段除全球波束外，还有点波束覆盖，利用点波束就可用笔记本PC那样小的Mini-M终端进行通信，其功能与M标准一样，但体积减小，费用降低，为大量陆地用户提供了更好的移动通信条件。随着信息技术的发展INTERNET的无线接入以及电子商务等业务的市场需求，INMARSAT在Mini-M基础上开发了M4新业务[2]。M4就是Multi-MediaMini-M的意思，是一种多媒体新业务，M4不但能提供Mini-M的话音（4.8kbpsAMBE）、2.4kbps的低速数据和传真业务，还采用16QAM调制方式及TURBO纠误码，来支持电路交换的64kbps的ISDN业务。下一步M4将利用64kbps共享信道，来支持开通INMARSAT分组数据业务（IPDS）。IPDS是一种分布式的平台，用来高效地提供数据业务。设法让多个MES（移动站）合成一个“移动接点”（MAN）共享一个64kbps的SCPC信道，通过卫星与地面网络相连。它首先着眼支持IP网络，为移动用户开通各种新业务。M4多媒体新业务为INTERNET、PSTN、ISDN开辟了广阔的应用空间，为企业和个人形成一个简练、实用的移动办公室。M4系统业务的运行成功，导致F标准的建立。INMARSAT在1999年9月通过推行F标准的决议。F系统将是在M4系统的基础上进行全面改造，加上海上遇险安全功能（GMDSS系统），形成业务标准，并将逐步代替A系统，以满足21世纪海上安全通信高速数据多媒体通信和INTERNET网络数据传输的要求。1.2.2INMARSATI-4卫星和B-GAN[3]INMARSAT与欧洲ASTRIUM卫星公司签订了生产三颗第4代宽带卫星INMARSATI-4，这个新系列的卫星将把B-GAN变为现实。INMARSAT-I-4将采用功率最大的同步轨道移动通信卫星，将于2003年发射2颗，2004年投入工作，定位于54°W和64°E，卫星重5吨多，使用可展开的大天线，每颗星大约有200个点波点，射向地面，采用频率复用技术，扩大通信容量满足和扩大移动用户全球业务的需求。2004年投入运行时，它将使第三代蜂窝电话用户扩大成视频通道，并使广大乡村和偏远地区能高速接入INTERNET。一个轻巧的终端就可获得432kbps的数据服务。B-GAN可使用户的LAN扩展为移动的全球区域网GAN，既提供高质量全移动的ISDN接入，又提供移动IP业务的接入，并且还支持导航业务，扩大和增强导航信号的应用，它是将IT基础设施扩展成ITNetwork的重要举措。2.区域卫星系统2.1Aces亚洲蜂窝卫星系统[4]Aces亚洲蜂窝卫星系统是第一个用同步卫星实现手持机蜂窝移动通信的系统。是一个很成功的个人卫星通信系统。它的设想是由印尼PSN公司提出来，它和美国马丁公司、菲律宾长途电话公司（PLDT）和泰国Jasmine海外公司合股，于1994年组建了Aces公司，2000年2月发射第一颗卫星GARUDA-1，定位于123°E覆盖西到印度、巴基斯坦，东到菲律宾、巴布亚、新几内亚，南到印尼、北到中国、日本。卫星重4.5吨，是马丁公司最大的卫星A2100AXX系列，卫星装有2个12米口径的天线（一收一发），对关口站通信用C频段，对用户通信用L频段，在L频段可提供73dBW的AEIRP，15.3dB/K的G/T值，能为200万用户开通11000个电话信道。—12—Aces系统的地面段包括卫星控制设施（SCF），网络控制中心（NCC）、关口站和用户终端。SCF和NCC都设在印尼巴坦岛共用15米天线的地面站，SCF监视控制GARUDA卫星，NCC管理控制系统资源。关口站提供ACES与公用网PSTN、PLMN的接口，使用户能与世界任何地方的任何人通信。各关口站能提供Aces网与GSM网漫游至本关口站的连接，在初期，在印尼、菲律宾、泰国设立关口站，随后印度和台湾也将建立Aces关口站，向亚洲的8个国家和地区提供Aces业务。另外Aces公司已向28个国家和地区签订了GSM国际漫游协议。Aces用户终端有手持机、移动式和固定式三种，均为Aces/GSM双模终端，手持机使用爱立信R-190双模手机，重量200克，体积为130×50×32mm。用卫星工作时终端的话音业务速率为3.6kbps，数据业务为2.4kbps（用GSM网工作时数据速率为9.6kbps）。根据最近的报道，为了增强Aces系统的竞争力，拟用50MHz带宽，利用先进的信道编码Tubro码，高效的64QAM调制方式，实现128kbps的高速数据传输，配置多媒体网关（MGS）和多媒体终端建立一个完整的多媒体系统（AMS）提供INTERNET/INTRANET业务及ISDN业务。2.2.Thuraya卫星系统[5]有影响的区域卫星系统，除上述的Aces系统外，还有阿联酋的Thuraya卫星系统，它是阿拉伯国家的区域卫星系统。其覆盖区域包括欧洲、北非、中非、中东、中亚及印度等99个国家和地区。此系统由美国休斯公司承包，第一颗卫星（Thuraya-1）已于2000年10月21日发射升空定点在44°E的同步轨道位置。第二颗卫星（Thuraya-2）将定点于25°E位置。该系统所用的工作频段与Aces系统一样，用户链路用L频段，上行为1626.5—1660.5MHz，下行为1525—1559MHz，占34MHz、带宽。馈送链路用C频段，上行为64